電力系統(tǒng)運(yùn)行中的電氣工程自動化技術(shù)研究

張四海

（安徽一天電能質(zhì)量技術(shù)有限公司，安徽 合肥 230088）

1 電氣工程自動化技術(shù)概述

電氣工程自動化技術(shù)是將計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動化控制技術(shù)等應(yīng)用于電氣工程領(lǐng)域的一種技術(shù)。電氣工程自動化技術(shù)的核心是實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的自動化控制，通過傳感器、執(zhí)行器、計算機(jī)等設(shè)備的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的在線實(shí)時監(jiān)測、控制和優(yōu)化。它是一種涵蓋了多個領(lǐng)域的技術(shù)，包括電氣工程、自動控制、計算機(jī)科學(xué)等，是工業(yè)自動化、智能電網(wǎng)等的重要組成部分[1]。

（1）自動化控制技術(shù)是電氣工程自動化技術(shù)的核心技術(shù)。自動化控制系統(tǒng)是電氣工程自動化的核心，該系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行器、控制器、計算機(jī)等多種設(shè)備組成，通過自動化控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的在線實(shí)時監(jiān)測、控制和優(yōu)化。

（2）通信技術(shù)。電氣工程自動化技術(shù)需要廣泛應(yīng)用通信技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)各設(shè)備之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的互聯(lián)互通和智能化控制。

（3）數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)。電氣工程自動化技術(shù)需要廣泛應(yīng)用數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，通過傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備實(shí)時采集電氣系統(tǒng)的各種參數(shù)，再通過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的自動化監(jiān)控和優(yōu)化。

（4）控制算法和優(yōu)化技術(shù)。電氣工程自動化技術(shù)需要應(yīng)用先進(jìn)的控制算法和優(yōu)化技術(shù)，通過模型預(yù)測控制、模糊控制、遺傳算法等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的自動化控制和優(yōu)化。

（5）安全性和可靠性保障技術(shù)。電氣工程自動化技術(shù)需要應(yīng)用安全性和可靠性保障技術(shù)，例如，通過應(yīng)用備用設(shè)備、故障診斷和自動切換等技術(shù)，保證電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性[2]。

2 電氣工程自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中的應(yīng)用優(yōu)勢

第一，在電力系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動化檢測與控制意義重大。而電氣工程自動化技術(shù)能夠在短時間內(nèi)采集并同步電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，借由數(shù)據(jù)分析和處理過程為電力系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化提供參考。第二，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速的當(dāng)下，電力系統(tǒng)逐漸呈現(xiàn)出智能化的必然趨勢。電氣工程自動化技術(shù)在其中的應(yīng)用能夠真正實(shí)現(xiàn)控制操作的智能化，通過更加超前的控制算法，完成電力系統(tǒng)的實(shí)時跟蹤。第三，高效始終是電氣系統(tǒng)運(yùn)行的重要指標(biāo)，由上述可知，應(yīng)用自動化技術(shù)意味著系統(tǒng)的自動化，這將會顯著提高各個部件之間的協(xié)調(diào)度，對原有的運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)整和校正，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的高效化[3]。

3 電力系統(tǒng)中電氣工程自動化技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 電網(wǎng)調(diào)度自動化

電網(wǎng)調(diào)度自動化是電力系統(tǒng)中自動化技術(shù)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和變革，電網(wǎng)調(diào)度自動化已成為電力系統(tǒng)管理和運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。事實(shí)上，電網(wǎng)調(diào)度自動化的實(shí)現(xiàn)是基于一個分布式控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場終端設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)和上層控制中心等組成部分相互聯(lián)接，其系統(tǒng)功能包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、控制指令下達(dá)等，通過自動化算法和優(yōu)化策略，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化調(diào)度和控制[4]。

具體而言，電網(wǎng)調(diào)度自動化包括電網(wǎng)監(jiān)測、預(yù)測、優(yōu)化以及安全等多個方面。①電網(wǎng)監(jiān)測：通過對電力系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)的異常情況和故障信息，幫助調(diào)度員制定應(yīng)急處理措施。②電網(wǎng)預(yù)測：通過對電力系統(tǒng)的負(fù)荷需求、供電能力和環(huán)境條件等因素進(jìn)行分析和預(yù)測，可以提前做好電力系統(tǒng)的調(diào)度準(zhǔn)備工作，以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。③電網(wǎng)優(yōu)化：通過自動化算法和優(yōu)化策略，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度。④電網(wǎng)安全：通過監(jiān)測控制電力系統(tǒng)運(yùn)行情況來對其進(jìn)行自動化保護(hù)，如過流保護(hù)、過電壓保護(hù)、過載保護(hù)等，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 變電站自動化

變電站自動化系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和變革，變電站自動化技術(shù)已成為電力系統(tǒng)管理和運(yùn)行的重要技術(shù)，通過應(yīng)用該技術(shù)對變電站進(jìn)行自動監(jiān)測控制可保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

變電站自動化技術(shù)的應(yīng)用包括變電站設(shè)備監(jiān)測、控制、保護(hù)以及優(yōu)化等幾個方面。①變電站設(shè)備監(jiān)測：通過對變電站各個設(shè)備的實(shí)時監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障信息，幫助調(diào)度員制定應(yīng)急處理措施。②變電站控制：通過變電站自動化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)變壓器的自動調(diào)節(jié)、高壓開關(guān)的自動控制等功能，從而保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。③變電站保護(hù)：通過對變電站的自動化保護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)變壓器過載、短路等故障的自動檢測與維護(hù)。④變電站運(yùn)行優(yōu)化：通過自動化算法和優(yōu)化策略，可以實(shí)現(xiàn)變電站的運(yùn)行優(yōu)化，包括電壓調(diào)節(jié)、電流平衡、節(jié)能降耗等方面，從而提高變電站的運(yùn)行效率和供電質(zhì)量。

3.3 繼電保護(hù)裝置自動化

繼電保護(hù)裝置也是電力系統(tǒng)的重要保護(hù)裝置，而自動化的繼電保護(hù)裝置則可以自動監(jiān)測系統(tǒng)異常，可依據(jù)相關(guān)程序設(shè)定來自動采取保護(hù)措施。

在繼電保護(hù)裝置中，微機(jī)保護(hù)裝置就是建立在自動化技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)之上的，其由核心控制板、出口板、采集板、輸入輸出端子以及顯示屏等組成（見圖1）?，F(xiàn)階段，微機(jī)保護(hù)裝置的型號較為齊全，基本可以滿足各種電力主設(shè)備的繼電器保護(hù)要求，包括微機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)、微機(jī)線路保護(hù)、微機(jī)變壓器保護(hù)、微機(jī)電動機(jī)保護(hù)等。其硬件及算法的先進(jìn)性和較強(qiáng)的抗干擾能力等，符合電力系統(tǒng)對微機(jī)繼電保護(hù)裝置可靠性、靈敏性、速動性的要求[5]。

圖1 微機(jī)繼電保護(hù)裝置組成圖

在實(shí)際應(yīng)用中，基于自動化的微機(jī)繼電保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測，從而及時發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的故障信息，幫助調(diào)度員制定應(yīng)急處理措施。此外，通過繼電保護(hù)裝置自動化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的自動控制和調(diào)節(jié)，包括故障的檢測和保護(hù)、斷路器的自動分合等功能，從而保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。再次，通過對繼電保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)采集和處理，能夠了解和評估系統(tǒng)運(yùn)行情況，進(jìn)而有針對性做出優(yōu)化調(diào)整。最后，通過遠(yuǎn)程通信和控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，從而提高電力系統(tǒng)的總體管理和運(yùn)行效率。

3.4 電力系統(tǒng)智能化

電力系統(tǒng)智能化的應(yīng)用主要體現(xiàn)在發(fā)電、輸電、配電以及用電的智能化。其中，發(fā)電智能化是指通過建立智能化的發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電設(shè)備的自動化控制和優(yōu)化，提高發(fā)電效率和運(yùn)行質(zhì)量。輸電智能化是指通過智能化的電力監(jiān)測系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警，及時發(fā)現(xiàn)并解決電力系統(tǒng)中的異常情況和故障，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。配電智能化是指通過建立智能化的配電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對配電設(shè)備的自動控制和優(yōu)化，提高配電系統(tǒng)的效率和可靠性。用戶側(cè)智能化則是通過智能電表和智能家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對用戶用電的智能化管理和控制，提高用戶的用電體驗(yàn)和節(jié)能效果[6]。

3.5 智能電網(wǎng)技術(shù)

智能電網(wǎng)技術(shù)是近年來電力系統(tǒng)中電氣工程自動化技術(shù)的重要應(yīng)用方向之一，它以信息技術(shù)為支撐，通過實(shí)時數(shù)據(jù)采集、通信、計算、控制等技術(shù)手段，對電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)進(jìn)行集成優(yōu)化，從而提高電網(wǎng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可持續(xù)性等方面。智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以提高電網(wǎng)的自適應(yīng)性、靈活性和可控性，使電網(wǎng)適應(yīng)不斷變化的負(fù)荷和能源結(jié)構(gòu)，同時也可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)測和管理，保障電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行[7]。

從智能電網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢來看，首先，智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以提高電網(wǎng)的自適應(yīng)性。其次，智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以提高電網(wǎng)的靈活性。同時，智能電網(wǎng)還可以實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備的智能控制和優(yōu)化調(diào)度。最后，智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以提高電網(wǎng)的可控性。智能電網(wǎng)還可以實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和智能調(diào)度，從而提高電網(wǎng)的可控性。

3.6 仿真技術(shù)應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中，電氣工程自動化技術(shù)的應(yīng)用之一是仿真技術(shù)應(yīng)用。仿真技術(shù)應(yīng)用是指在計算機(jī)系統(tǒng)中對真實(shí)世界進(jìn)行數(shù)字化模擬的過程，其能夠借助模擬程序來預(yù)測電力系統(tǒng)的性能與運(yùn)行情況，從而為其優(yōu)化和改進(jìn)提供參考。從當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r來看，電力系統(tǒng)中主要應(yīng)用三種仿真技術(shù)，分別為物理仿真、數(shù)學(xué)仿真和混合仿真。其中，物理仿真是通過實(shí)際的硬件設(shè)備來模擬系統(tǒng)的行為。數(shù)學(xué)仿真是利用數(shù)學(xué)模型來對電力系統(tǒng)進(jìn)行模擬。例如，在電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中，可以建立數(shù)學(xué)模型對電網(wǎng)進(jìn)行仿真分析，以提高電網(wǎng)調(diào)度的準(zhǔn)確性和效率。而混合仿真是將物理仿真和數(shù)學(xué)仿真相結(jié)合，從而更為精準(zhǔn)地模擬電力系統(tǒng)行為[8]。

如今，仿真技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，如電網(wǎng)調(diào)度、電力市場、電力負(fù)荷預(yù)測、設(shè)備投入電網(wǎng)運(yùn)行效果等。其中，在電網(wǎng)調(diào)度方面，仿真技術(shù)可以通過建立電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的動態(tài)仿真和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測，以幫助系統(tǒng)運(yùn)維人員做出更加準(zhǔn)確的決策。在電力市場方面，仿真技術(shù)可以通過對市場機(jī)制進(jìn)行建模，對市場競爭、價格等方面進(jìn)行仿真分析，從而提升經(jīng)濟(jì)效益。在電力負(fù)荷預(yù)測方面，仿真技術(shù)可以通過建立電力系統(tǒng)的負(fù)荷模型，實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷的預(yù)測和分析，以便更好地規(guī)劃電力系統(tǒng)的運(yùn)行和發(fā)展。在設(shè)備投入電網(wǎng)運(yùn)行效果方面，仿真技術(shù)可以通過模擬設(shè)備的電纜參數(shù)與系統(tǒng)的參數(shù)，從而預(yù)測設(shè)備各種電參數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)潛在的故障和問題，以提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性，如圖2所示。

圖2 諧波電流系數(shù)-諧波次數(shù)仿真波形

4 結(jié)束語

總之，電氣工程自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)十分深入和廣泛。本文主要從電網(wǎng)調(diào)度自動化、變電站自動化、繼電保護(hù)裝置自動化、電力系統(tǒng)智能化等方面探究了電氣工程自動化技術(shù)的應(yīng)用場景及優(yōu)勢，并基于新的時代背景闡釋了電力系統(tǒng)對電氣工程自動化技術(shù)的新要求，以期為新時期提升電氣工程自動化技術(shù)的應(yīng)用廣度以及電力系統(tǒng)的高質(zhì)量運(yùn)作提供建議和參考。